基于串并联谐振变换器高频高压电源的研究

发布时间：2020-08-16 20:01

【摘要】：高压直流电源广泛应用于工业除尘、医疗器械、航空航天等诸多领域。谐振变换器是高压电源的核心部分,通过控制谐振变换器的开关模式以实现软开关特性一直是研究的重点内容。而移相控制模式只能使谐振变换器在较小的负载变化范围内实现软开关。通过对连续电感电流工作模式下的LCC谐振变换器工作原理和稳态特性分析,采用不对称移相控制模式可以实现宽负载范围内的软开关特性,减小电路损耗。针对高压直流电源中的LCC谐振变换器,通过基波分析法可将并联谐振电容、高频变压器、副边整流桥和输出滤波电容等效为一个复数阻抗,从而得到谐振变换器的等效电路模型。在此基础上就不同开关频率、输入阻抗角、整流关断角等关键电路参数对变换器稳态特性的影响进行分析,得到谐振变换器的参数设计原则,并给出了一种限定输入阻抗角的参数设计方法。移相控制模式下谐振变换器在变化的负载情况下容易失去软开关特性,而不对称移相控制模式包含占空比和移相角两个控制变量,控制自由度更高,可以拓宽实现软开关的负载范围。采用不对称移相控制方法对谐振变换器的输出功率、ZVS特性及谐振电流等稳态特性进行了分析,结果表明同一输出功率可由不同占空比和移相角的组合来实现,但不同组合又会导致软开关特性和谐振电流发生变化。因此引入了一种效率优化策略,通过电压模糊自适应PID闭环控制和电流优化算法对控制变量进行指令值修正,在实现恒电压输出的情况下减小谐振电流,同时保证ZVS的实现,从而达到提高变换器效率目的。结合以上分析对高压直流电源进行系统仿真分析和硬件电路和软件程序设计,硬件部分包括主电路、驱动电路、检测电路和保护电路的设计;软件部分包括主程序和中断服务程序的设计。通过Matlab/Simulink仿真对比验证不对称移相控制策略在30%额定负载下仍能实现软开关,具有更宽的实现软开关负载范围。
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46
【图文】：

模糊控制器,微分系数,模糊规则,模糊推理

35(c)微分系数图 3.16 模糊控制器的输入输出关系算法主要是通过查模糊规则表来进行的，根据图模糊推理算出 PID 的三个参数，将这些参数存储在如图 3.17 所示。

框图,高压直流电源,主电路,框图

西安科技大学硕士学位论文4 高压直流电源仿真分析在 Matlab 软件平台的基础上进行实验模型的搭建，通过 Simulink 中所提供的模块直接调用搭建模型进行仿真实验。4.1 高压直流电源仿真模型在前文对高压直流电源拓扑结构选择、控制策略分析的基础上，在 Matlab/Simulink平台搭建了基于 LCC 谐振变换器的高压直流电源主电路的仿真模型如图 4.1 所示。主要电路参数如表4.1所示。根据第二章谐振回路参数可以计算得到谐振频率为17KHz左右，为保证 LCC 谐振变换器工作在连续电流模式下，需要设定标幺化开关频率在 1.2 左右，即开关频率设置为 20KHz。移相 PWM 生成模型如图 4.2 所示：

移相PWM,生成模块,不对称,模糊控制器

图 4.2 不对称移相 PWM 生成模块4.2 电压环仿真模型的建立模糊控制器模型来自于 Simulink 中的“fuzzy”模块，可以通过模块编辑窗口对系统输入量和输出量进行编辑，具体窗口如图 4.3 所示。根据仿真要求这里我们只需要创建一个两输入（e、ec）和三输出（pk、ik 、dk ）的模糊控制器模型。图 4.3 模糊控制器窗口假定输入（e、ec）的论域值都是（-3，3）；输出（pk 、ik 、dk ）的模糊论域分别

【参考文献】